Nature Communications presenteert een manier om holle membraanvezels te maken waarvan de poriën geheel zijn bekleed met nanodeeltjes. Door die te functionaliseren kun je bijvoorbeeld voorkomen dat ze dichtslibben door biofilmvorming, stellen Daeyeon Lee en collega’s van de University of Pennsylvania.

Ze gaan uit van solvent transfer induced phase separation (STRIPS), een truc die ze twee jaar geleden voor het eerst presenteerden. Als grondstof gebruiken ze een ‘ternair’ mengsel van ethanol, water en een hydrofobe hars die uithardt onder uv-licht, bijvoorbeeld hexaandioldiacrylaat (HDA). De ethanol zorgt dat water en HDA willen mengen, tegen hun natuur in. Je voegt er siliciumnanodeeltjes (22 nm diameter) aan toe, en een beetje oppervlakte-actieve stof om ze in het mengsel te laten zweven.

Dit mengsel spuit je in een waterbak, via een spuitkop met een watersproeier in het midden. Zo ontstaat een met water gevulde macaronisliert.

Zowel aan de binnen- als aan de buitenkant zuigt het water vervolgens ethanol uit het ternaire mengsel. Zonder die ethanol gaan water en HDA vanzelf ontmengen; omdat ze geen van beiden in de meerderheid zijn krijg je geen druppeltjes van de ene vloeistof in de andere, maar twee continue vloeistoffasen die door elkaar gevlochten zijn.

Beide vloeistoffen stoten de nanodeeltjes af. Die gaan zich daardoor ophopen op de grensvlakken tussen beide fasen: op plekken waar ze tegen elkaar zitten, hebben ze immers van die vloeistoffen geen last. Zo ontstaat wat de onderzoekers een bicontinuous interfacially jammed emulsion gel (‘bijel’) noemen. Beide fasen zijn nog vloeibaar maar de nanodeeltjes zetten zichzelf dermate klem dat er geen beweging meer in het systeem is te krijgen.

Tot slot zet je er een uv-lamp op die het HDA laat uitharden. Zo krijg je een poly-HDA-membraan, met poriën die zijn bekleed met nanodeeltjes op de plek waar het water zat.

Je kunt zo’n membraan op minstens twee manieren functionaliseren. Ten eerste kun je de nanodeeltjes chemisch modificeren. De onderzoekers hebben er al een laagje silanen op gekweekt waar bacteriën niet op willen hechten, zodat je geen last meer van biofilmvorming hebt.

Maar je kunt ook de hars chemisch modificeren zodat hij bijvoorbeeld pH-gevoelig wordt en in een basische omgeving sterk gaat zwellen: zo krijg je een membraan waarvan de poriën alleen beneden een bepaalde pH open gaan.

bron: University of Pennsylvania